CC BY
184
В.А. Бочарников, И.В. Стерликов, В.П. Балыкин
Влияние адсорбционной очистки на свойства отработанного моторного масла
Показана возможность применения отбеливающей глины для адсорбционной очистки отработанного моторного масла. Способ позволяет практически полностью удалить из отработанного масла ас-фальтено-смолистые вещества. Установлена возможность применения метода тонкослойной хроматографии для контроля содержания ас-фальтено-смолистых и полициклических соединений в процессе очистки масла.
Ежегодно во всем мире в биосферу попадает около 6 млн т нефтепродуктов, более 50% которых составляют отработанные смазочные материалы.
Загрязнение окружающей среды экологически опасными компонентами отработанных смазочных материалов приобретает глобальный характер. Загрязнение атмосферы происходит в результате испарения и, главным образом, сжигания отработанных смазочных материалов.
Актуальность проблемы экологически безопасного использования отработанных смазочных материалов не вызывает сомнений и с экономической точки зрения. Один из способов предотвращения загрязнения окружающей среды - максимальное вовлечение отработанных смазочных материалов в переработку. Из 100 т нефтяного сырья можно получить около 10 т свежих масел, а из 100 т отработанных масел - 60-80 т регенерированных продуктов, не уступающих по качеству свежим маслам [1; 2].
ГЛ с» /" с» с»
Задача данной работы заключалась в изучении изменений свойств отработан-
с» с» с» с»
ного масла в результате адсорбционной очистки местной отбеливающей глиной.
Очистку проводили по следующей схеме: отстаивание, адсорбция, центрифугирование, фильтрование.
Глину, использовавшуюся для адсорбции, измельчали и высушивали в печи при температуре 120 °С. Затем растирали ее небольшими порциями в фарфоровой ступке. После этого глина была разделена на фракции просеиванием через сита на
0,25 мм и 0,071 мм. Для процесса адсорбции применялись фракции + 0 + - 0,071 мм и + 0,071 - - 0,25 мм.
Таблица 1
Свойства используемой глины
Свойство Проба 1 Проба 2
Размер частиц, мм Плотность р, г/см3 Удельная поверхность, см2/г, * +0 - - 0,071 2,70 2944 +0,071 - - 0,25 2,60 2080
* Удельная поверхность, определенная по газопроницаемости.
Адсорбционную очистку масла осуществляли по следующей методике. В термостойкий стакан емкостью 900 мл помещали навеску отработанного моторного масла массой 600 г. В масло добавляли 30 г приготовленной глины. Процесс адсорбционной очистки проводили в течение двух часов при температуре 120 °С при постоянном перемешивании.
После адсорбции провели центрифугирование для удаления твердых включений. Для этого масло, нагретое до 80 °С, декантировали и заливали в стаканы центрифуги на 3/4 объема. При центрифугировании использовали скорость вращения 3000 оборотов в минуту. Процесс проводили в течение 60 минут. Расчет размера частиц, оказывающихся устойчивыми при данном режиме центрифугирования произвели по формуле
9П 1п(х2 / Х1)
2(Р-Р0 )®2т где г - размер частиц, мм;
П - вязкость масла при данной температуре, мм2/с; п = 20 мм2/с, х - расстояние от частицы до оси вращения; р - плотность частиц глины, г/см , берется из табл. 1;
33
р0 - плотность масла, г/см , р0 = 0,890 г/см ; ю - угловая скорость, ю = 629,7 рад/с; т - время оседания, с, т = 3600 с [3].
При данном режиме центрифугирования осаждаются частицы размером более 12,5 мкм.
После окончания центрифугирования масло декантировали в колбу.
Из каждой пробы отбирали часть масла и отфильтровывали. Для фильтрования масло разогрели до 80 °С. Фильтрование проводили в колбу через стеклянную воронку. В качестве фильтра использовали плотное сукно. Использование бумажного фильтра для фильтрации масла затруднено из-за забивания пор бумаги мелкодисперсной глиной. Параллельно для определения чистящей способности фильтра профильтровали исходное отработанное масло.
Для определения состава и свойств масла использовали методы ГОСТа [4], а также метод криоскопии для определения среднечисловой молекулярной массы и тонкослойную хроматографию для качественного определения групп веществ. При криоскопии использовали 10% раствор масла в бензоле. Для анализа состава масла использовали тонкослойную хроматографию на силикагелевой пластинке. При хроматографировании использовали 0,2% раствор масла в гексане. Хроматографирование осуществляли в закрытой камере в элюирующей смеси ССІ4 : С6Н6 (2 : 1). Пластинки облучали светом УФ-спектрального диапазона и обрабатывали парами йода. Определяли значения коэффициента распределения (Я^.
Использование в процессе очистки глины необходимо для удаления асфальтосмолистых веществ и полициклических соединений. Об адсорбции из масла ас-фальто-смолистых веществ и полициклических соединений свидетельствовало исчезновение пятен на хроматограмме.
Результаты исследований физико-химических свойств моторных масел до и после очистки
Масло М-10-Г 2
отработанное очищенное
Показатель по ГОСТ нефильт- рованное про- нефильт] эованное профильтрованное
фильтро- ванное проба 1 проба 2 проба 1 проба 2
Плотность при 20 °С, г/см3 не более 0,905 0,888 0,888 0,890 0,890 0,889 0,889
Среднечисловая молекулярная масса, г/моль* 300-600 400 400 420 420 420 420
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с 11,0±0,5 7,0 7,0 9,0 9,0 9,0 9,0
Температура вспышки в открытом тигле, °С не ниже 200 162 162 186 186 186 186
Температура застывания, °С не выше -25 -26 -26 -34 -35 -35 -35
Водородный показатель (pH) 7,9 7,8 7,6 7,5 7,6 7,5
Щелочное число, мг КОН/г не менее 6,0 3,9 3,9 3,4 3,5 3,5 3,5
Кислотное число, мг КОН/г — 2,6 2,6 1,2 1,3 1,2 1,3
Нерастворимый в бензине остаток, % Несгораемый остаток, % не более 0,015 0,38 0,35 0,28 0,27 0,13 0,12
- 0,11 0,10 0,20 0,16 0,09 0,08
Содержание воды Следы Следы Следы Отс. Отс. Отс. Отс.
Значения Я/ 0,96 0,95 0,95 0,93 0,93 0,93 0,93
- 0,65-0,60 0,65-0,60 - - - -
- 0,27-0,40 0,27-0,40 - - - -
0,07 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
* В ГОСТе не регламентируется
Как видно из табл. 2, на хроматограмме исходного масла наблюдалось несколько размытых пятен. Более тяжелые асфальто-смолистые вещества и полицик-лические соединения продвигались при хроматографировании медленнее, и их присутствие обусловливало наличие пятен в средней части хроматограммы со значениями 0,27-0,40 и 0,60-0,65. Предельные углеводороды значительно слабее адсорбировались на селикагеле, и им соответствовали пятна с коэффициентом распределения 0,90-0,95. В очищенном масле оставались пятна в конце хроматограммы, соответствующие предельным углеводородам, а также слабые пятна с 0,05 в начале хроматограммы, соответствующие, вероятно, некоторым присадкам. Пятна в средней части хроматограмм отсутствовали, что может свидетельствовать об удалении асфальто-смолистых, непредельных и ароматических соединений [5; 6].
Как видно из табл. 2, также произошло понижение температуры застывания на 8-10 °С. Связано это, вероятно, также с адсорбцией асфальто-смолистых соединений. В литературных источниках имеются сведения о нейтрализации действия де-прессорных присадок, снижающих температуру текучести, при значительном содержании асфальто-смолистых веществ. Их удаление из масла привело к восстановлению действия депрессорных присадок и понижению температуры застывания, хотя в результате отгона горючего она должна была повыситься [7; 8].
В результате проведенной очистки произошло увеличение температуры вспышки на 14 °С. Низкая температура вспышки в отработанном масле обусловлена наличием в нем горючего, которое может попадать из двигателя, и низкомолекулярных веществ, которые образуются в масле в ходе работы в результате воздействия высоких температур. Проведение процесса очистки при температуре 120 °С привело к отгону из масла горючего и воды. Отгон горючего привел также к увеличению вязкости при 100 °С с 7 до 9 мм /с.
Удаление из масла одновременно наиболее легких и тяжелых веществ привело к тому, что среднечисловая молекулярная масса мало изменилась (табл. 2).
В результате очистки произошло уменьшение в 2-2,5 раза кислотного числа. Уменьшение кислотного числа обусловлено адсорбцией асфальтогеновых и оксикислот. Снижение содержания кислот в масле на 1,4 мгКОН/г хотя и существенно, но недостаточно для восстановления масла до требуемых параметров (табл. 2).
Из табл. 2 следует, что произошло снижение щелочного числа с 3,9 до 3,4-3,6. Значение щелочного числа обусловлено наличием антиокислительных и других присадок. Некоторые антиокислительные присадки содержат в своем составе нафтеновые кольца, за счет которых, вероятно, произошла адсорбция этих присадок.
После адсорбции и центрифугирования общее содержание механических примесей уменьшилось, но содержание несгораемых примесей увеличилось. Это можно объяснить тем, что после адсорбции и центрифугирования органические примеси были адсорбированы и остались в осадке. В то же время глина не была полностью осаждена в результате центрифугирования, так как частицы меньше 12,5 мкм оказались при данном режиме очистки седиментационно устойчивыми. Но после фильтрования очищенного масла содержание механических примесей снизилось в 1,5-2 раза. После фильтрования через плотное сукно большая часть глинистых частиц осталась на фильтре. Фильтрация же масла через такой же фильтр без предварительной очистки глиной привела лишь к небольшому уменьшению
шению примесей. Это свидетельствует о том, что использование фильтрации для очистки масла недостаточно.
Удельная поверхность фракции глины + 0^-0,071 мм близка по величине к удельной поверхности фракции +0,071 ^-0,25 мм (табл. 1). Степень очистки для обеих фракций одинакова(табл. 2). Таким образом, можно предположить, что для эффективной очистки масла достаточно использовать фракцию +0,071 ^-0,25 мм. Использование для очистки фракции +0 ^ -0,071 мм нецелесообразно, так как свойства масла оказались такими же, как и при использовании фракции + 0,071 ^ -0,25 мм, а удаление глины затруднено из-за большей седиментационной устойчивости и трудностей фильтрования.
Выводы
1. Показана возможность использования местных образцов отбеливающей глины для адсорбционной очистки отработанного моторного масла.
2. Показана равноценность очистки фракциями глины + 0 ^ - 0,071 мм и + 0,071 ^ -0,25 мм. Использование мелкой фракции (+0^-0,071 мм) нецелесообразно из-за трудности ее удаления после адсорбции.
3. Установлено, что данный способ очистки позволяет полностью удалять асфальто-смолистые вещества.
4. Показана возможность использования метода тонкослойной хроматографии для контроля содержания асфальто-смолистых и полициклических соединений в процессе очистки масла.
Список литературы
1. Евдокимов А.Ю., Джамалов А. А., Лашхи В.Л. // Химия и технология топлива и масел. 1992. №11. С. 26-29.
2. Рыбаков К.В., Коваленко В.П. и др. Сбор и очистка отработавших масел. М.: Химия, 1988. С. 15-16.
3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975. С. 79.
4. Нефтепродукты: Метод определения плотности: ГОСТ 18481-81; Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости: ГОСТ 33-82; Температура вспышки и воспламенения в открытом тигле: ГОСТ 4333-87; Температура текучести и застывания нефтепродуктов: ГОСТ 20287-91; Число нейтрализации (кислотное и щелочное числа) потенциометрическим титрованием: ГОСТ 11362-96; Нерастворимые осадки для масел моторных отработанных: ГОСТ 20684-75; Наличие воды в маслах и смазках: ГОСТ 1547-84; Масла моторные для автотракторных дизелей: ГОСТ 8581-78. Екатеринбург: Изд-во стандартов, 1996.
5. Кибардин С.А., Макаров К.А. Тонкослойная хроматография в органической химии. М.: Химия, 1978. С. 392-396.
6. Миндияров Х.Г., Каракуц В.Н., Теляшев Г.Г., Нигматуллин Р.Г., Багаутдинов Д.Т. // Химия и технология топлива и масел. 1994. №11-12. С. 18.
7. Фремель Т.В., Зубова М.А., Юнович М.Э., Митусова Т.Н. // Химия и технология топлива и масел. 1993. №8. С. 36-37.
8. Тертерян Р. А. Депрессорные присадки к нефтям, топливам и маслам. М.: Химия, 1990.
С. 156-157.
